New Dithienylpyrrole-containing bipyridine ligands and corresponding Ruthenium complexes. Electronic properties and applications to photosensitization in Dye-Sensitized Solar Cells

Les cellules solaires à colorant (DSSC) sont une alternative sérieuse aux cellules à base de silicium. Le principe de fonctionnement repose sur la photosensibilisation d'un semi-conducteur par un colorant qui est en général un complexe polypyridinique du ruthénium (II). La modulation des propriétés de ces complexes permet d'optimiser les performances des cellules solaires correspondantes. Dans cette thèse, nous avons synthétisé et étudié l'effet de nouveaux ligands bipyridiniques à substituants électro-donneurs [pi]-délocalisés à base de dithiénylpyrroles (DTP). Ces motifs induisent, dans les complexes homoleptiques, bis- et tris-hétéroleptiques du Ru(II), des effets bathochromes (lorsque les motifs DTP sont liés par leur cycle thiophénique à la bipyridine) et d'importantes augmentations des coefficients d'extinction molaires. Les nouveaux composés ont été caractérisés par spectroscopies, électrochimie, photophysique et calcul théorique. Deux complexes hétéroleptiques ont été testés en cellule DSSC. Si la collecte de photons est excellente, les performances restent en dessous de celles de colorants de référence. Comme en attestent les courbes J/V et les courbes IPCE. Ce résultat peut-être dû à une limitation lors de l'injection dans la bande de conduction ou encore à une gêne stéréo-électronique provoquée par le ligand lors de la réduction du colorant oxydé (Ru(III) par le médiateurDye-sensitized Solar Cells (DSSC) appear to be promising devices. Operation principle relies on the photosensitization of a wide-gap semiconductor with a dye, the latter typically being a polypyridinyl ruthenium(II) complex. Modulation of the properties of such complexes enables the optimization of the corresponding solar cells' performances. In the present work, we synthesized and investigated the effect of new bipyridine ligands bearing electron-donating dithienylpyrroles (DTP). These moieties induced red-shifts of the absorption spectra in homoleptic, bis- and tris-heteroleptic Ru(II) complexes especially when the DTP was bound by its thiophene unit to the bipyridine ligand. A notable increase of the molar extinction coefficients was also obtained. All new compounds have been characterized by using spectroscopic, electrochemical, photophysical and computational chemistry techniques. Two heteroleptic complexes have been tested in DSSCs. Despite excellent light harvesting properties, performances were found lower than those of standard dyes as revealed by J/V and IPCE curves. Stereoelectronic effects could be involved since the bulky DTP moiety could impede an efficient access of the mediator to Ru(III) centersMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF